DE102019111079A1 - CMOS-compatible isolation leak enhancement for gallium nitride transistors - Google Patents
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Abstract
Eine integrierte Schaltungsstruktur umfasst ein Siliziumsubstrat und ein III-Nitrid- (III-N-) Substrat über dem Siliziumsubstrat. Ein erster III-N-Transistor und ein zweiter III-N-Transistor sind auf dem III-N-Substrat. Eine Isolatorstruktur ist in dem III-N-Substrat zwischen dem ersten III-N-Transistor und dem zweiten III-N gebildet, wobei die Isolatorstruktur eines umfasst von: einen flachen Graben, der mit einem Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum gefüllt ist; oder einen ersten Zwischenraum benachbart zu dem ersten III-N-Transistor und einen zweiten Zwischenraum benachbart zu dem zweiten III-N-Transistor.An integrated circuit structure includes a silicon substrate and a III-nitride (III-N) substrate over the silicon substrate. A first III-N transistor and a second III-N transistor are on the III-N substrate. An insulator structure is formed in the III-N substrate between the first III-N transistor and the second III-N, the insulator structure comprising one of: a shallow trench filled with an oxide, nitride, or low-K dielectric is; or a first gap adjacent to the first III-N transistor and a second gap adjacent to the second III-N transistor.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Ausführungsbeispiele der Offenbarung befinden sich auf dem Gebiet von integrierten Schaltungsstrukturen und insbesondere CMOS-kompatiblen Isolationsleckverbesserungen bei Galliumnitrid- (GaN-) Transistoren.Embodiments of the disclosure are in the field of integrated circuit structures, and more particularly, CMOS-compatible isolation leakage enhancements in gallium nitride (GaN) transistors.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Systeme auf einem Chip (SOC) wurden in den letzten Jahrzehnten in einer Reihe von Kapazitäten implementiert. SOC-Lösungen bieten den Vorteil der Skalierung, die durch die Integration von Komponenten auf Platinenebene nicht erreicht werden kann. Während analoge und digitale Schaltungen seit langem auf einem selben Substrat integriert sind, um eine Form von SOC bereitzustellen, die gemischte Signalfähigkeiten bereitstellt, bleiben SOC-Lösungen für mobile Rechenplattformen, wie z.B. Smartphones und Tablets, schwer fassbar, da diese Vorrichtungen üblicherweise Komponenten umfassen, die mit zwei oder mehr von Hochspannung, Hochleistung und Hochfrequenz arbeiten. Somit verwenden herkömmliche mobile Rechenplattformen üblicherweise Verbundhalbleiter der Gruppe III-V, wie beispielsweise GaAs-Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs; heterojunction bipolar transistors), um eine ausreichende Leistungsverstärkung bei GHz-Trägerfrequenzen zu erzeugen, und lateral diffundierte Silizium-MOS- (LDMOS; laterally diffused silicon MOS) Technologie, um die Spannungswandlung und Leistungsverteilung zu verwalten (Batteriespannungsregelung einschließlich Aufwärts- und/oder Abwärts-Spannungswandlung, etc.). Herkömmliche Silizium-Feldeffekttransistoren, die CMOS-Technologie implementieren, sind dann eine dritte Vorrichtungstechnologie, die für Logik- und Steuerungsfunktionen innerhalb einer mobilen Rechenplattform verwendet wird.Systems on a chip (SOC) have been implemented in a number of capacities over the last decades. SOC solutions offer the benefit of scaling, which can not be achieved by integrating board-level components. While analog and digital circuits have long been integrated on a same substrate to provide a form of SOC that provides mixed signal capabilities, SOC solutions remain for mobile computing platforms such as mobile computing platforms. Smartphones and tablets, elusive because these devices typically include components that operate with two or more of high voltage, high power and high frequency. Thus, conventional mobile computing platforms typically use Group III-V compound semiconductors, such as GaAs heterojunction bipolar transistors (HBTs), to produce sufficient power gain at GHz carrier frequencies, and laterally diffused silicon MOS (LDMOS) devices diffused silicon MOS) technology to manage voltage conversion and power distribution (battery voltage regulation including up and / or down voltage conversion, etc.). Conventional silicon field effect transistors implementing CMOS technology are then a third device technology used for logic and control functions within a mobile computing platform.
Die Mehrzahl der in einer mobilen Rechenplattform verwendeten Transistor-Technologien begrenzt die Skalierbarkeit der Vorrichtung als Ganzes und ist daher ein Hindernis für größere Funktionalität, höhere Integrationsgrade, niedrigere Kosten und kleinere Formfaktoren usw. Während eine SOC-Lösung für den mobilen Rechenraum, die zwei oder mehr dieser drei Vorrichtungstechnologien integrieren würde, daher attraktiv ist, ist ein Hindernis für eine SOC-Lösung das Fehlen einer skalierbaren Transistortechnologie, die sowohl eine ausreichende Geschwindigkeit (d.h. Cutoff-Frequenz Ft mit ausreichend hoher Verstärkung) als auch eine ausreichend hohe Durchbruchspannung (BV) aufweist.The majority of transistor technologies used in a mobile computing platform limit the scalability of the device as a whole, and therefore is an obstacle to greater functionality, higher levels of integration, lower cost, and smaller form factors, etc. While one SOC solution for the mobile computing space, the two or three Therefore, an obstruction to an SOC solution is the lack of scalable transistor technology that has both a sufficient speed (ie, sufficiently high gain cutoff frequency F t ) and a sufficiently high breakdown voltage (BV ) having.
Eine vielversprechende Transistortechnologie basiert auf Gruppe III-Nitriden (III-N). Diese Transistortechnologie hat jedoch grundlegende Schwierigkeiten bei der Skalierung auf Merkmalsgrößen (z.B. Gate-Länge) von weniger als 100 nm, wo die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten III-N-Transistoren aufgrund ihrer Nähe zueinander schwer zu steuern wird. Frühere Forschungstechniken der Universität isolieren benachbarte III-N-Transistoren nur unter Verwendung eines mit Luft gefüllten Raums, wobei kein Material absichtlich zwischen den benachbarten Bauelementen abgeschieden wird. Allerdings werden Materialien zwischen benachbarten Transistoren benötigt, um komplexe integrierte Schaltungen herzustellen, bei denen eine flache Oberfläche zwischen jeder nachfolgenden Schicht erwünscht ist.A promising transistor technology is based on Group III nitrides (III-N). However, this transistor technology has fundamental difficulties in scaling to feature sizes (e.g., gate length) of less than 100 nm, where the parasitic capacitance between adjacent III-N transistors will be difficult to control due to their proximity to each other. Previous university research techniques isolate adjacent III-N transistors only using an air-filled space, with no material deliberately being deposited between adjacent devices. However, materials between adjacent transistors are needed to make complex integrated circuits in which a flat surface is desired between each subsequent layer.
Figurenlistelist of figures
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Die
1A und1B sind Querschnittsdarstellungen einer integrierten Schaltungsstruktur umfassend ein Paar von benachbarten III-N-Transistoren gemäß einem Ausführungsbeispiel.The1A and 12 are cross-sectional views of an integrated circuit structure including a pair of adjacent III-N transistors according to one embodiment.1B -
Die
2A und2B sind Querschnittsdarstellungen einer integrierten Schaltungsstruktur umfassend ein Paar von benachbarten III-N-Transistoren mit einer verbesserten Isolatorstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.The2A and2 12 are cross-sectional views of an integrated circuit structure including a pair of adjacent III-N transistors having an improved insulator structure according to the first embodiment.B -
3 ist ein Graph, der die Leckverbesserung zwischen einer Struktur darstellt, die einen mit Standardmaterialien gefüllten Graben umfasst.3 Figure 11 is a graph illustrating the improvement in leakage between a structure comprising a trench filled with standard materials. -
4 ist eine Querschnittsdarstellung einer integrierten Schaltungsstruktur umfassend ein Paar von benachbarten III-N-Transistoren mit einer verbesserten Isolatorstruktur gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.4 FIG. 15 is a cross-sectional view of an integrated circuit structure including a pair of adjacent III-N transistors having an improved insulator structure according to the second embodiment. FIG. -
Die
5A-5G sind Diagramme, die Querschnittansichten darstellen, die die Herstellung eines Paares von III-N-Transistoren mit einer flachen Grabenisolationsstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.The5A-5G 15 are diagrams illustrating cross-sectional views showing the fabrication of a pair of III-N transistors with a shallow trench isolation structure according to the first embodiment. -
Die
6A-6F sind Diagramme, die Querschnittansichten darstellen, die die Herstellung eines Paares von III-N-Transistoren zeigen, die durch eine Isolationsstruktur getrennt sind, umfassend zumindest zwei Zwischenräume in dem III-N-Substrat und das dielektrische Material, das die zwei Transistoren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel trennt.The6A-6F 15 are diagrams illustrating cross-sectional views showing the fabrication of a pair of III-N transistors separated by an isolation structure including at least two gaps in the III-N substrate and the dielectric material comprising the two transistors according to the second Embodiment separates. -
Die
7A und7B sind Draufsichten eines Wafers und von Dies, die einen oder mehrere III-N-Transistoren mit CMOS-kompatiblen Isolationsstrukturen gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen.The7A and7B FIGs. 12 are plan views of a wafer and die including one or more III-N transistors with CMOS-compatible isolation structures in accordance with one or more embodiments disclosed herein. -
8 ist eine Querschnitt-Seitenansicht einer Anordnung eines Integrierte-Schaltung- (IC; Integrated Circuit) Bauelements, die einen oder mehrere III-N-Transistoren mit CMOS-kompatiblen Isolationsstrukturen umfassen kann, gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen.8th Fig. 12 is a cross-sectional side view of an integrated circuit (IC; Integrated circuit) device that may include one or more III-N transistors with CMOS-compatible isolation structures, according to one or more embodiments disclosed herein. -
9 stellt eine Rechenvorrichtung gemäß einer Implementierung der Offenbarung dar.9 illustrates a computing device according to an implementation of the disclosure.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
CMOS-kompatible Isolationsleckverbesserungen bei Galliumnitrid- (GaN-) Transistoren werden beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details ausgeführt, wie beispielsweise spezifische Material- und Werkzeugsysteme, um ein tiefgreifendes Verständnis von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Merkmale, wie etwa einfache oder duale Damascene-Verarbeitung, nicht detailliert beschrieben, um die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele veranschaulichende Darstellungen sind, und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. In einigen Fällen werden verschiedene Operationen wiederum als mehrere diskrete Operationen beschrieben, in einer Weise, die für das Verständnis der vorliegenden Offenbarung am hilfreichsten ist, jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen zwingend von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere müssen diese Operationen nicht in der vorliegenden Reihenfolge ausgeführt werden.CMOS-compatible isolation leakage enhancements for gallium nitride (GaN) transistors are described. In the following description, numerous specific details are set forth, such as specific material and tooling systems, to provide a thorough understanding of embodiments of the present disclosure. It will be apparent to those skilled in the art that embodiments of the present disclosure may be practiced without these specific details. In other instances, well-known features, such as simple or dual damascene processing, are not described in detail so as not to unnecessarily obscure the embodiments of the present disclosure. Furthermore, it is believed that the various embodiments shown in the figures are illustrative representations and are not necessarily drawn to scale. In some cases, various operations are again described as multiple discrete operations, in a manner most helpful to understanding the present disclosure, however, the order of the description should not be construed to imply that these operations are necessarily of order are dependent. In particular, these operations do not have to be performed in the given order.
Eine bestimmte Terminologie kann auch in der nachfolgenden Beschreibung ausschließlich zum Zweck der Referenz verwendet werden und soll nicht einschränkend sein. Zum Beispiel beziehen sich Ausdrücke wie „obere“, „untere“ und „über“, „unter“, „unten“ und „oben“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Ausdrücke wie beispielsweise „vorne“, „hinten“, „Rück-“ und „Seiten-“ beschreiben die Ausrichtung und/oder die Position von Abschnitten der Komponente innerhalb eines konsistenten aber beliebigen Bezugsrahmens, der Bezug nehmend auf den Text und die zugeordneten Zeichnungen deutlich gemacht wird, die die erörterte Komponente beschreiben. Eine solche Terminologie kann die Wörter umfassen, die oben spezifisch erwähnt wurden, Ableitungen davon und Wörter ähnlicher Bedeutung.Certain terminology may also be used in the following description solely for purposes of reference and is not intended to be limiting. For example, terms such as "upper," "lower," and "above," "below," "below," and "above" refer to directions in the drawings to which reference is made. Terms such as "front," "back," "back," and "side" clearly describe the orientation and / or position of portions of the component within a consistent but arbitrary frame of reference, with reference to the text and associated drawings that describe the discussed component. Such terminology may include the words specifically mentioned above, derivatives thereof, and words of similar meaning.
Ein oder mehrere der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele richten sich auf Strukturen und Architekturen zur Herstellung von III-N-Transistoren, wie beispielsweise Galliumnitrid- (GaN-) Transistoren mit verbessertem Isolationslecken in einer Weise, die CMOS-kompatibel ist. Ausführungsbeispiele können einen oder mehrere von III-V-Transistoren, GaN-Transistoren, Isolationsstrukturen, Flachgraben-, Luftzwischenraum- und System-auf-Chip- (SoC-) Technologien und RF-Filter umfassen oder sich darauf beziehen. Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele können implementiert sein, um Hoch-Performance-Backend-Transistoren zu realisieren, um die monolithische Integration von Backend-Logik plus Speicher in SoCs zukünftiger Technologieknoten potenziell zu erhöhen.One or more of the embodiments described herein are directed to structures and architectures for fabricating III-N transistors such as gallium nitride (GaN) transistors with improved isolation leakage in a manner that is CMOS compatible. Embodiments may include or refer to one or more of III-V transistors, GaN transistors, isolation structures, shallow trench, air gap and system-on-chip (SoC) technologies, and RF filters. One or more embodiments may be implemented to implement high performance backend transistors to potentially increase the monolithic integration of backend logic plus memory in SoCs of future technology nodes.
Um dies in einen Kontext zu stellen, sind die
Wie in
Gemäß einem oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen werden III-N-Transistoren beschrieben, die CMOS-kompatible Isolationsstrukturen aufweisen. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können Isolationsstrukturen zwischen III-N-Transistoren umfassen, die die parasitäre Kapazität zwischen den Transistoren effektiv verringern. Bei einem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Isolatorstrukturen teilweise in dem III-N-Substrat und in einem Dielektrikum zwischen den benachbarten III-N-Transistoren angeordnet. Die Isolatorstrukturen werden gemäß zwei Ausführungsbeispielen gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Isolatorstruktur einen flachen Graben, der mit einem Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum gefüllt ist, oder optional einen Doppelschicht-Stapel, der das Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum und einen High-K-Liner umfasst. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Isolatorstruktur zumindest zwei Zwischenräume in dem III-N-Substrat und dem dielektrischen Material, wobei der erste Zwischenraum in Kontakt mit dem ersten III-N-Transistor und ein zweiter Zwischenraum in Kontakt mit dem zweiten III-N-Transistor ist. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Zwischenräume einen Luftzwischenraum aufweisen, können aber einen Zwischenraum umfassen, der mit irgendeinem anderen geeigneten Gas, Dielektrikum und/oder Flüssigkeit gefüllt ist. In accordance with one or more embodiments described herein, III-N transistors having CMOS-compatible isolation structures are described. The embodiments described herein may include isolation structures between III-N transistors that effectively reduce the parasitic capacitance between the transistors. In one embodiment described herein, the insulator structures are partially disposed in the III-N substrate and in a dielectric between the adjacent III-N transistors. The insulator structures are formed according to two embodiments. In one embodiment, the insulator structure comprises a shallow trench filled with an oxide, nitride, or low-K dielectric, or optionally a bilayer stack comprising the oxide, nitride or low-K dielectric, and a high-K liner includes. In a second embodiment, the insulator structure includes at least two gaps in the III-N substrate and the dielectric material, the first gap in contact with the first III-N transistor and a second gap in contact with the second III-N transistor is. In one embodiment, the gaps may include an air gap, but may include a gap filled with any other suitable gas, dielectric, and / or liquid.
Die
Um den Oberflächenbereich der Grenzfläche zwischen den Kontakten
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und wie in
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Graben
Wie in
Bei beiden in den
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und wie in
Die ersten und zweiten Zwischenräume
Die Zwischenräume
Die
Andere Ausführungsbeispiele können einen Standard-Gate-Stapel umfassen, der durch irgendeinen geeigneten Prozess gebildet wird, wie beispielsweise einen subtraktiven Prozess, bei dem das Gate-Dielektrikum/Gate-Metall abgeschieden wird und dann ein oder mehrere Ätzprozesse folgen. Es kann auch eine beliebige Anzahl von Standard-Back-End-Prozessen durchgeführt werden, um die Bildung eines oder mehrerer Transistoren fertigzustellen.Other embodiments may include a standard gate stack formed by any suitable process, such as a subtractive process in which the gate dielectric / gate metal is deposited and then followed by one or more etch processes. Any number of standard back-end processes may also be performed to complete the formation of one or more transistors.
Das Isolieren benachbarter III-N-Transistoren mit einer flachen Grabenisolationsstruktur, die mit einem Oxid, Nitrid oder Low-K-Material mit ohne einen High-K-Liner gefüllt ist, auf eine Weise wie oben beschrieben, beruht auf CMOS-kompatiblen Abläufen sowie der Entwicklung geeigneter Materialien zum Passivieren von III-N-Seitenwänden und zum Reduzieren von Lecken durch diese Grenzflächen. Der Ansatz kann in modernen Silizium-300-Millimeter-Halbleiterfertigungsanlagen verwendet werden. Der Prozess stellt die fertige Integration von III-N-Bauelementen mit Silizium-CMOS bereit.Insulating adjacent III-N transistors with a shallow trench isolation structure filled with an oxide, nitride, or low-K material without a high-K liner in a manner as described above relies on CMOS-compatible processes as well the development of suitable materials for passivating III-N sidewalls and reducing leakage through these interfaces. The approach can be used in modern silicon 300-millimeter semiconductor manufacturing equipment. The process provides the ready integration of III-N devices with silicon CMOS.
Die
Andere Ausführungsbeispiele können einen Standard-Gate-Stapel umfassen, der durch irgendeinen geeigneten Prozess gebildet wird, wie beispielsweise einen subtraktiven Prozess, bei dem das Gate-Dielektrikum/Gate-Metall abgeschieden wird und dann ein oder mehrere Ätzprozesse folgen. Es kann auch eine beliebige Anzahl von Standard-Back-End-Prozessen durchgeführt werden, um die Bildung eines oder mehrerer Transistoren fertigzustellen.Other embodiments may include a standard gate stack formed by any suitable process, such as a subtractive process in which the gate dielectric / gate metal is deposited and then followed by one or more etch processes. Any number of standard back-end processes may also be performed to complete the formation of one or more transistors.
Das Isolieren benachbarter III-N-Transistoren mit zumindest zwei Zwischenräumen, z.B. Luftzwischenräumen, kombiniert Luftisolation mit CMOS-kompatiblen Abläufen. Insbesondere gibt es eine Entwicklung der Luftzwischenraum-Technologie, wonach Opfermaterialien für die strukturelle Steifigkeit platziert und dann am Ende des Prozesses entfernt werden, um die parasitäre Kapazität zu reduzieren. Dies geschieht üblicherweise im BEOL, aber gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist es als Teil des STI-Stapels implementiert. Ein solcher kompatibler Ansatz kombiniert die Vorzüge von III-N-Bauelementen mit Silizium-CMOS in modernen Silizium-300-Millimeter-Halbleiterfertigungsanlagen.Isolating adjacent III-N transistors with at least two spaces, eg, air gaps, combines air isolation with CMOS-compatible operations. In particular, there is a development of air gap technology in which sacrificial materials are placed for structural rigidity and then removed at the end of the process to reduce parasitic capacitance. This is usually done in the BEOL, but according to the present embodiments, it is implemented as part of the STI stack. Such a compatible approach combines the benefits of III-N Silicon CMOS devices in modern silicon 300-millimeter semiconductor manufacturing equipment.
Sowohl in den
Die Polarisationsschicht
Ferner kann die Gate-Elektrode eine großen Bereich von Materialien umfassen, wie beispielsweise Polysilizium, Siliziumnitrid, Siliciumcarbid oder verschiedene geeignete Metalle oder Metalllegierungen, wie beispielsweise Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Tantal (Ta), Kupfer (Cu), Titannitrid (TiN) oder Tantalnitrid (TaN). Verschiedene Back-End-Prozesse können auch durchgeführt werden, wie z.B. das Bilden von Kontakten
Die hierin beschriebenen integrierten Schaltungsstrukturen können in einer elektronischen Vorrichtung umfasst sein. Als Beispiel einer solchen Vorrichtung, sind die
Bezugnehmend auf
Hierin offenbarte Ausführungsbeispiele können verwendet werden, um eine große Vielfalt unterschiedlicher Arten integrierter Schaltungen und/oder mikroelektronischer Bauelemente herzustellen. Beispiele solcher integrierten Schaltungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Prozessoren, Chipsatz-Komponenten, Graphik-Prozessoren, digitale Signalprozessoren, Microcontroller und ähnliches. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Halbleiterspeicher hergestellt werden. Ferner können die integrierten Schaltungen oder andere mikroelektronische Bauelemente in einer Vielzahl von elektronischen Bauelementen verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Zum Beispiel in Computer-Systemen (z.B. Desktop, Laptop, Server), Mobiltelefonen, persönlicher Elektronik, etc. Die integrierten Schaltungen können mit einem Bus und anderen Komponenten in den Systemen gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Prozessor durch einen oder mehrere Busse mit einem Speicher, einem Chipsatz, etc. gekoppelt sein. Jeder von dem Prozessor, dem Speicher und dem Chipsatz kann potenziell unter Verwendung der hierin offenbarten Ansätze hergestellt werden.Embodiments disclosed herein may be used to a great variety produce different types of integrated circuits and / or microelectronic devices. Examples of such integrated circuits include, but are not limited to, processors, chipset components, graphics processors, digital signal processors, microcontrollers, and the like. In other embodiments, a semiconductor memory may be manufactured. Furthermore, the integrated circuits or other microelectronic devices may be used in a variety of electronic devices known in the art. For example, in computer systems (eg, desktop, laptop, server), cell phones, personal electronics, etc. The integrated circuits may be coupled to a bus and other components in the systems. For example, a processor may be coupled to a memory, chipset, etc. through one or more buses. Any of the processor, memory, and chipset can potentially be fabricated using the approaches disclosed herein.
Unter Bezugnahme auf
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Schaltungsplatine
Die IC-Bauelementanordnung
Die Gehäuse-auf-Interposer-Struktur
Der Interposer
Die IC-Bauelementanordnung
Die IC-Bauelementanordnung
Abhängig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung
Der Kommunikationschip
Der Prozessor
Der Kommunikationschip
Bei weiteren Implementierungen kann eine andere Komponente, die innerhalb der Rechenvorrichtung
Bei verschiedenen Implementierungen kann die Rechenvorrichtung
Somit umfassen die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele III-N-Transistoren mit CMOS-kompatiblen Isolationsstrukturen.Thus, the embodiments described herein include III-N transistors with CMOS-compatible isolation structures.
Die vorangegangene Beschreibung von veranschaulichenden Implementierungen von Ausführungsbeispielen der Offenbarung, umfassend was in der Zusammenfassung beschrieben ist, soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung auf die präzisen offenbarten Formen begrenzen. Während spezifische Implementierungen, und Beispiele dafür, der Offenbarung hierin zur Veranschaulichung beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Veränderungen innerhalb des Umfangs der Offenbarung möglich, wie es Fachleute auf dem relevanten Gebiet erkennen werden.The foregoing description of illustrative implementations of embodiments of the disclosure, including what is described in the Abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the disclosure to the precise forms disclosed. While specific implementations, and examples thereof, of the disclosure are described herein for illustrative purposes, various equivalent changes within the scope of the disclosure are possible as those skilled in the relevant art will recognize.
Diese Veränderungen können an der Offenbarung auf der Grundlage der zuvor ausgeführten Beschreibung durchgeführt werden. Die Ausdrücke, die in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, sollten nicht derart betrachtet werden, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Implementierungen einschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind. Stattdessen soll der Schutzbereich der Offenbarung vollständig durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt sein, die gemäß etablierten Vorgaben der Anspruchsinterpretation ausgelegt werden sollen.These changes may be made to the disclosure based on the description made above. The terms used in the following claims should not be considered to limit the disclosure to the specific implementations disclosed in the specification and claims. Instead, the scope of the disclosure should be determined entirely by the following claims, which are to be construed in accordance with established specifications of the claims interpretation.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 1: Eine integrierte Schaltungsstruktur umfasst ein Siliziumsubstrat und ein III-Nitrid- (III-N-) Substrat über dem Siliziumsubstrat. Ein erster III-N-Transistor und ein zweiter III-N-Transistor sind auf dem III-N-Substrat. Eine Isolatorstruktur ist in dem III-N-Substrat zwischen dem ersten III-N-Transistor und dem zweiten III-N gebildet, wobei die Isolatorstruktur eines umfasst von: einen flachen Graben, der mit einem Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum gefüllt ist; oder einen ersten Zwischenraum benachbart zu dem ersten III-N-Transistor und einen zweiten Zwischenraum benachbart zu dem zweiten III-N-Transistor.Exemplary Embodiment 1: An integrated circuit structure includes a silicon substrate and a III-nitride (III-N) substrate over the silicon substrate. A first III-N transistor and a second III-N transistor are on the III-N substrate. An insulator structure is formed in the III-N substrate between the first III-N transistor and the second III-N, the insulator structure comprising one of: a shallow trench filled with an oxide, nitride, or low-K dielectric is; or a first gap adjacent to the first III-N transistor and a second gap adjacent to the second III-N transistor.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 2: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, wobei der erste III-N-Transistor und der zweite III-N-Transistor Galliumnitrid- (GaN-) Transistoren umfassen.Exemplary Embodiment 2: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 3: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei das Siliziumoxid koplanar mit einer Oberseite von Metallkontakten auf den jeweiligen Source- und Drain-Regionen des ersten III-N-Transistors und des zweiten III-N-Transistors ist.Exemplary Embodiment 3: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 4: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2 oder 3, wobei der flache Graben mit einem Doppelschicht-Stapel gefüllt ist, umfassend einen High-K-Dielektrikums-Liner, der an den Seitenwänden und einem Boden des flachen Grabens gebildet ist, und das Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum, das auf der Schicht des High-K-Dielektrikums gebildet ist und einen Rest des Grabens füllt.Exemplary Embodiment 4: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 5: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 4, wobei der High-K-Dielektrikums-Liner eines von Aluminiumoxid und Hafniumoxid umfasst. Exemplary Embodiment 5: The integrated circuit structure according to Exemplary Embodiment 4, wherein the high-K dielectric liner comprises one of alumina and hafnium oxide.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 6: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 4 oder 5, wobei der High-K-Dielektrikums-Liner eine Dicke von ungefähr 2 nm aufweist.Exemplary Embodiment 6: The integrated circuit structure according to Exemplary Embodiment 4 or 5, wherein the high-K dielectric liner has a thickness of approximately 2 nm.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 7: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei eine Höhe des flachen Grabens ungefähr 200 nm bis 500 nm beträgt.Exemplary Embodiment 7: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 8: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, wobei Seiten der jeweiligen Source- und Drain-Regionen des ersten III-N-Transistors und des zweiten III-N-Transistors Seitenwände des flachen Grabens bilden.Exemplary Embodiment 8: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 9: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei die Breite des flachen Grabens ungefähr 300 nm bis mehrere Mikrometer beträgt.Exemplary Embodiment 9: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 10: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, wobei der erste Zwischenraum in Kontakt mit einer Source- und Drain-Region des ersten III-N-Transistors ist und der zweite Zwischenraum in Kontakt mit einer Source-Drain-Region des zweiten III-N-Transistors ist, wobei der erste Zwischenraum und der zweite Zwischenraum durch ein dielektrisches Material getrennt sind.Exemplary Embodiment 10: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 11: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 10, wobei der erste Zwischenraum und der zweite Zwischenraum mit Galliumnitrid- (gan-) Transistor zumindest einem von Luft, einem Gas, einem Dielektrikum und einer Flüssigkeit gefüllt sind.Exemplary Embodiment 11: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 12: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 10 oder 11, wobei der erste Zwischenraum und der zweite Zwischenraum jeweilige obere Abschnitte und Bodenabschnitte aufweisen, wobei die oberen Abschnitte in einem Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD) bei ungefähr ½ einer Höhe der jeweiligen Source- und Drain-Regionen des ersten III-N-Transistors und des zweiten III-N-Transistors angeordnet sind, und die Bodenabschnitte in dem III-N-Substrat bei ungefähr einer Hälfte der Tiefe des III-N-Substrats angeordnet sind, derart, dass die Bodenabschnitte das Siliziumsubstrat nicht kontaktieren.Exemplary Embodiment 12: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 13: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 10, 11 oder 12, wobei der erste Zwischenraum und der zweite Zwischenraum als eine Öffnung mit Grenzen gebildet sind, die durch ein Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD) entlang eines oberen Abschnitts und entlang einer ersten Seite definiert sind, begrenzt durch das III-N-Substrat entlang von Bodenabschnitten; und begrenzt sowohl durch die Source- und Drain-Regionen als auch das III-N-Substrat entlang einer zweiten Seite.Exemplary Embodiment 13: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 14: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 oder 13, wobei der erste III-N-Transistor Source- und Drain-Regionen, eine Polarisationsschicht auf dem III-N-Substrat zwischen den Source- und Drain-Regionen und eine Gate-Elektrode über der Polarisationsschicht umfasst.Exemplary Embodiment 14: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 15: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß beispielhaftem Ausführungsbeispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, wobei der zweite III-N-Transistor Source- und Drain-Regionen, eine Polarisationsschicht auf dem III-N-Substrat zwischen den Source- und Drain-Regionen und eine Gate-Elektrode über der Polarisationsschicht umfasst.Exemplary Embodiment 15: The integrated circuit structure according to
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 16: Ein Verfahren zum Herstellen eines Galliumnitrid-(GaN-) Transistors umfasst das Bilden einer GaN-Schicht auf einem Si-Substrat und Bilden einer Polarisationsschicht auf der GaN-Schicht. Eine Flachgrabenisolation wird durchgeführt zum Ätzen der Polarisationsschicht und der GaN-Schicht, um Positionen für Isolationsbereiche und benachbarte Source- und Drain-Regionen zu definieren. Die Gräben werden mit einem dielektrischen Material gefüllt. Ein Dummy-Gate wird gebildet und Abstandhalter werden auf jeder Seite des Dummy-Gates gebildet. Source- und Drain-Regionen werden benachbart zu den Gräben gebildet. Ein Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD) wird auf einer Oberseite des Dummy-Gates gebildet. Das Dummy-Gate wird entfernt, um eine Kanalregion freizulegen, und ein Austausch-Metall-Gate wird über der freiliegenden Kanalregion gebildet. Und Metallkontakte werden gebildet in Kontakt mit den Source- und Drain-Regionen.Exemplary Embodiment 16: A method for producing a gallium nitride (GaN) transistor includes forming a GaN layer on a Si substrate and forming a polarizing layer on the GaN layer. A shallow trench isolation is performed to etch the polarization layer and the GaN layer to define locations for isolation regions and adjacent source and drain regions. The trenches are filled with a dielectric material. A dummy gate is formed and spacers are formed on each side of the dummy gate. Source and drain regions are formed adjacent to the trenches. An interlayer dielectric (ILD) is formed on an upper surface of the dummy gate. The dummy gate is removed to expose a channel region, and an exchange metal gate is formed over the exposed channel region. And metal contacts are formed in contact with the source and drain regions.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 17: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16, wobei das Füllen der Gräben mit einem dielektrischen Material ferner umfasst: Füllen der Gräben mit dielektrischem Material, das ein Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum umfasst.Exemplary Embodiment 17: The method of embodiment 16, wherein filling the trenches with a dielectric material further comprises: filling the trenches with dielectric material comprising an oxide, nitride, or low-K dielectric.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 18: Das Verfahrensausführungsbeispiel gemäß Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend das Füllen der Gräben derart, dass das Oxid, Nitrid oder Low-K-Dielektrikum koplanar mit einer Oberseite der Metallkontakte auf den jeweiligen Source- und Drain-Regionen ist.Exemplary Embodiment 18: The method embodiment of claim 16 or 17, further comprising filling the trenches such that the oxide, nitride, or low-K dielectric is coplanar with an upper surface of the metal contacts on the respective source and drain regions.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 19: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16, 17 oder 18, ferner umfassend: Auskleiden der Gräben mit einem High-K-Material und dann Füllen der Gräben mit zumindest einem von Aluminiumoxid und Hafniumoxid.Exemplary Embodiment 19: The method of embodiment 16, 17 or 18, further comprising: lining the trenches with a high K material and then filling the trenches with at least one of alumina and hafnia.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 20: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16, 17, 18 oder 19, wobei das Bilden der Source- und Drain-Regionen ferner umfasst: Ätzen der Polarisationsschicht in den Source- und Drain-Regionen, gefolgt von epitaxialem Wieder-Wachsen von n-Typ S/D-Material.Exemplary Embodiment 20: The method of embodiment 16, 17, 18 or 19, wherein forming the source and drain regions further comprises: etching the polarization layer in the source and drain regions, followed by epitaxial re-growth of n- Type S / D material.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 21: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16, 17, 18, 19 oder 20, ferner umfassend das Bilden des flachen Grabens auf eine Höhe von ungefähr 200 nm bis 500 nm.Exemplary Embodiment 21: The method of
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 22: Ein Verfahren zum Herstellen eines Galliumnitrid-(GaN-) Transistors umfasst das Bilden einer GaN-Schicht auf einem Si-Substrat und Bilden einer Polarisationsschicht auf der GaN-Schicht. Eine Flachgrabenisolation wird durchgeführt zum Ätzen der Polarisationsschicht und der GaN-Schicht, um Positionen für Isolationsbereiche und benachbarte Source- und Drain-Regionen zu definieren. Eine Opferschicht wird in den Gräben gebildet und Ätzen der Opferschicht, um Abstandhalter an Seitenwänden der Gräben zu bilden. Der Rest der Gräben wird mit einem Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD) gefüllt. Die Bildung des GaN-Transistors bis zu Metallschicht M0 wird dann fertiggestellt. Die Abstandhalter werden von den Seitenwänden der Gräben geätzt, um jeweilige Zwischenräume auf jeder Seite des GaN-Transistors offenzulegen.Exemplary Embodiment 22: A method of manufacturing a gallium nitride (GaN) transistor includes forming a GaN layer on a Si substrate and forming a polarizing layer on the GaN layer. A shallow trench isolation is performed to etch the polarization layer and the GaN layer to define locations for isolation regions and adjacent source and drain regions. A sacrificial layer is formed in the trenches and etching the sacrificial layer to form spacers on sidewalls of the trenches. The remainder of the trenches are filled with an interlayer dielectric (ILD). The formation of the GaN transistor up to metal layer M0 is then completed. The spacers are etched from the sidewalls of the trenches to expose respective gaps on each side of the GaN transistor.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 23: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 22, ferner umfassend: Füllen der Zwischenräume mit zumindest einem von Luft, einem Gas, einem Dielektrikum und einer Flüssigkeit.Exemplary Embodiment 23: The method of embodiment 22, further comprising: filling the gaps with at least one of air, a gas, a dielectric, and a liquid.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 24: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 22 oder 23, ferner umfassend: Bilden der Abstandhalter derart, dass, sobald die Abstandhalter entfernt werden, die Zwischenräume in Kontakt mit den Source- und Drain-Regionen des GaN-Transistors sind.Exemplary Embodiment 24: The method of embodiment 22 or 23, further comprising: forming the spacers such that as the spacers are removed, the gaps are in contact with the source and drain regions of the GaN transistor.
Beispielhaftes Ausführungsbeispiel 25: Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 22, 23 oder 24, ferner umfassend: Bilden der Abstandhalter derart, dass, sobald die Abstandhalter entfernt werden, die Zwischenräume als eine Öffnung mit Grenzen gebildet werden, die durch ILD entlang eines oberen Abschnitts und entlang einer ersten Seite definiert sind, begrenzt durch das III-N-Substrat entlang von Bodenabschnitten; und begrenzt sowohl durch die Source- und Drain-Regionen als auch das III-N-Substrat entlang einer zweiten Seite.Exemplary Embodiment 25: The method of embodiment 22, 23 or 24, further comprising: forming the spacers so that, as the spacers are removed, the gaps are formed as an opening having boundaries defined by ILD along an upper portion and along a top first side defined by the III-N substrate along bottom portions; and bounded by both the source and drain regions and the III-N substrate along a second side.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R079 | Amendment of ipc main class |
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